浅谈新疆塔城白杨河矿区总体规划煤矸石综合利用途径

新疆塔城白杨河矿区总面积3293.61km2, 矿区共划分为17个井田和3个勘查区, 矿区规划总规模74.6Mt/a。煤矸石是在煤炭开采及洗选过程中所产生的主要固体废物。矿区煤矸石产生量预计为14.23Mt/a, 是矿区产生量和堆积量最大的工业固体废物。

一、煤矸石的组成

煤矸石主要包括煤层巷道排出来的砂岩、石灰岩和其他岩类, 成份复杂, 可以说是无机质和少量有机质的混合物。它的化学成分主要包括Si O2、Al2O3和C, 其次是Fe2O3、Ca O、Mg O、Na2O、K2O、SO3、P2O5、N等, 此外还常含有少量Ti、V、Co等金属元素。煤矸石的化学成分:Si O2:51~65%;Al2O3:16~36%;Fe2O3:2.3~14.6%;Ca O:0.4~2.3%;Mg O:0.4~2.4%;K2O+Na2O:1.5~3.9%;P2O3:0.078~0.24;Ti O2:0.9~4.0%。

根据煤矸石组成可以看出它兼有煤、岩石、化工原料的性质, 所以综合利用煤矸石资源非常具有经济效益和社会效益。选择最佳的利用途径能改善环境、节约资源, 促进社会经济可持续发展。

二、煤矸石带来的环境问题

煤矸石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”, 它的长期堆放不仅浪费了资源, 占压大量的土地, 而且污染了水源、土壤和周围的环境空气, 严重影响了矿区的生态环境。

1. 矸石堆放的景观影响

煤矸石随开采或洗选出来后多堆于矸石周转场区, 长久堆放将形成矸石山, 这些矸石山将占压大量的用地, 不仅破坏了矿区的生态环境, 而且影响了矿区的自然景观, 引发一系列的社会和自然环境问题。

2. 煤矸石对方污染水源

煤矸石中含有Cu、Zn、Pb、S、F、Cl等有害元素经过长期的雨、雪淋漓溶解, 把煤矸石中部分有害元素随地表径流转入地表水体及地下水中, 造成水中有害元素含量增加, 在煤矸石中产生了自然硫、雄黄、氯化铵、六水镁矾等矿物, 这些矿物质受雨水淋溶, 使水质硬化, 污染水源。

3. 煤矸石堆放污染土壤

煤矸石中除含有Si O2、Al2O3、Fe、Mn等常量元素外, 还有少量的有毒重金属 (如HPh、Ga、Ti、Sn等) , 部分元素侵入土壤中, 造成土壤污染;煤矸石中的硫化物遇水发生化学反应, 使土壤慢慢酸化, 破坏土壤肥力。

4. 煤矸石堆放污染环境空气

露天堆放的煤矸石, 长时间堆放, 使矿区悬浮物大大增加, 煤矸石自燃, 排出大量的CO、SO2、NOx等有害气体和烟尘, 严重污染矿区的环境空气质量。

5. 煤矸石堆放引起的重力灾害

煤矸石堆放稳定性受矸石基础岩土的抗剪强度特性、本身结构和基础岩土体孔隙的水压力等因素制约。矸石堆放自然安息角为38°~40°, 超过这个角度范围或在人为开挖强度时容易引发重力灾害, 如泥石流、滑坡、坍塌等。

三、矿区煤矸石综合利用途径

1. 矸石综合利用途径

煤矸石组成及化学成分一般为泥质页岩、砂质页岩、炭质页岩和石灰岩等。这类矸石可针对其的成分和性质的不同, 可规划不同的利用方向, 并采取相应的技术措施加以利用, 化害为利, 变废为宝。

白杨河矿区矸石预计总量约为14.23Mt/a, 其中矿井掘进矸石量约为0.88Mt/a, 选煤厂洗选矸石量约为13.35Mt/a。

本矿区矸石综合利用规划的主要途径是:

(1) 制作建筑材料及制品:利用矸石全部或部分代替粘土, 采用适当烧制工艺生产烧结砖的技术在我国已经成熟, 这是大宗利用矸石的主要途径。根据矸石就近利用的原则, 在矿区西部和东部各建一座新型建材厂, 利用矸石制作墙体保温材料、砌块、路沿石等建筑材料及制品。

(2) 直接利用矸石:包括矿区铺路、回填地表塌陷区、充填井下采空区及复垦造田等。

2. 矿区煤矸石综合利用工程及布局

根据矸石综合利用原则上不宜超过30km运输范围的原则, 在矿区东部建设一座新型建材厂和一座水泥厂;在矿区西部建设一座新型建材厂。

(1) 矿区东部新型建材厂

根据矿区各矿井规划规模及建设顺序, 矿区东部新型建材厂规划规模为年生产4亿块煤矸石烧结空心砖, 矸石消耗量按4.8Mt/a考虑。

(2) 矿区西部新型建材厂

根据矿区各矿井规划规模及建设顺序, 矿区西部新型建材厂规划规模为年生产2亿块煤矸石烧结空心砖, 矸石消耗量按2.4Mt/a考虑。

(3) 矿区东部水泥厂

根据矿区各矿井规划规模及建设顺序, 矿区东部水泥厂规划规模为年生产120万吨水泥, 矸石消耗量按0.8Mt/a考虑。

(4) 直接利用矸石

矸石消耗量:按8.62Mt/a考虑。

不能利用的矸石, 规划用于矿区铺路、回填地表塌陷区及复垦造田等, 也可以直接利用矸石充填井下采空区。

结束语

自然资源趋于贫乏的今天, 中国能源现状面临着严峻的挑战。煤矸石“弃之为废”, 危害极大, “用之为宝”。煤矸石的综合利用不仅可以有效实现固体废弃物的减量化、无害化, 缓解我国能源及资源不足的局面, 而且是建立资源节约型社会的重要途径, 是实现我国社会经济可持续发展的必然要求, 有着十分广阔的前景及深远的意义。

摘要：本文通过对新疆塔城白杨河矿区煤矸石综合利用的途径进行探讨, 发现矿区存在的问题, 对推进对新疆塔城白杨河矿区煤矸石的资源化利用具有重要意义。

关键词：煤矸石,固体废弃物,综合利用

参考文献

[1] 常允新, 朱学顺, 宋长斌等煤矸石的危害与防治[J]中国地质灾害与防治学报, 2001 (6) :40.

[2] 宋建军, 推进煤矸石资源化利用的对策建议[J], 中国煤田地质, 2006年4月, 第18卷2期.

[3] 李桂芬, 煤矸石综合利用[J], 煤炭技术, 2006年4月, 第25卷4期.